碭山酥梨與豐水梨正、反交群體果實(shí)性狀的遺傳特征

白 冰， 劉 倫， 秦夢帆， 谷 超， 吳 俊

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)梨工程技術(shù)研究中心，江蘇南京 210095)

梨屬于薔薇科、梨亞科(Powaceae)、梨屬(PyrusL.)植物，是重要的溫帶果樹之一，距今已有近3 000年的栽培歷史[1]。2013年世界上梨的產(chǎn)量和栽培面積在薔薇科果樹中僅次于蘋果，位居第2(數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織，http：//faostat.fao.org)。梨的許多性狀，如果實(shí)大小、果形、可溶性固形物含量、石細(xì)胞含量及果實(shí)的綜合品質(zhì)等是消費(fèi)者關(guān)注的重要經(jīng)濟(jì)性狀，也是育種工作者研究的重點(diǎn)。

目前，已有一些關(guān)于梨果實(shí)性狀遺傳規(guī)律的報道。果實(shí)大小為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀，雜種后代果實(shí)趨于變小，但出現(xiàn)超高親植株[2-3]；吳忠華等以11個梨雜交組合為材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，雜種后代平均果實(shí)質(zhì)量均大于親中值，果實(shí)質(zhì)量遺傳表現(xiàn)出超中偏大現(xiàn)象[4]；何天明等研究發(fā)現(xiàn)，果實(shí)中的可溶性固形物含量表現(xiàn)為超親遺傳，遺傳效應(yīng)中的加性效應(yīng)所占比例較大[5-7]；關(guān)于石細(xì)胞遺傳規(guī)律的研究表明，后代果實(shí)石細(xì)胞含量呈增多趨勢[8-9]。由于試材各異，且研究方法不同，研究所得結(jié)論不完全一致；同時由于構(gòu)建雜交群體的難度較大，關(guān)于相同親本正、反交后代果實(shí)性狀的遺傳特性和差異的研究較少，因此，梨果實(shí)相關(guān)性狀的遺傳規(guī)律還不明確，無法為雜交育種中親本的合理選擇以及雜種后代果實(shí)性狀的預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)，因此有必要開展深入系統(tǒng)的研究。

本試驗(yàn)以碭山酥梨和豐水梨及其正、反交后代個體為材料，連續(xù)2年對其雜交后代果實(shí)的單果質(zhì)量、縱徑、橫徑、果形指數(shù)、可溶性固形物含量、石細(xì)胞含量的遺傳規(guī)律進(jìn)行分析，以期豐富梨的雜交育種遺傳理論，指導(dǎo)雜交親本選配，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)性狀的遺傳改良。

1 材料與方法

1.1 研究材料

親本及正、反交群體后代果實(shí)均采自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦園藝實(shí)驗(yàn)站梨雜交育種圃。碭山酥梨×豐水梨(正交)、豐水梨×碭山酥梨(反交)雜交群體實(shí)生樹分別于2006、2005年定植。雜交后代實(shí)生樹株距、行距分別為0.6、3.0m。親本株距、行距分別為4.0、6.0m。所有的植株均在盛花后30d左右進(jìn)行疏花，并進(jìn)行相同的管理。

1.2 樣品采集與處理

于后代及親本的果實(shí)成熟期進(jìn)行采摘，果實(shí)成熟期根據(jù)果實(shí)硬度、種子變褐程度和往年對果實(shí)成熟期的記錄進(jìn)行確定。所有樣品均由同一個人采集，以控制成熟度的一致性，減小誤差。由于果樹大小年及部分植株結(jié)果不理想，2013年，在碭山酥梨×豐水梨、豐水梨×碭山酥梨2個群體中分別采集52、72株后代；2014年，2個群體中分別采集44、79株后代，取2年測定值的平均值進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用四分法在每株樹冠外圍不同方向隨機(jī)選取10個大小一致、無病蟲害的果實(shí)用于各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3 指標(biāo)測定

果實(shí)縱徑、橫徑用游標(biāo)卡尺測量，單位為mm；果形指數(shù)的計算方法為果形指數(shù)=果實(shí)縱徑/果實(shí)橫徑；單果質(zhì)量用百分之一天平測定，單位為g；果實(shí)可溶性固形物含量采用手持折射儀(RHBO-90)測定[10]；采用鹽酸處理[11]和冷凍分離[12]相結(jié)合的方法進(jìn)行石細(xì)胞分離，石細(xì)胞含量的具體測定方法參考王丹陽等的方法[13]。

遺傳傳遞力=F/MP×100%；

變異系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)差/F×100%。

式中：F為后代各指標(biāo)的平均值；MP為親中值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel2013和SPSS20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 碭山酥梨與豐水梨正、反交后代單果質(zhì)量的遺傳變異

研究結(jié)果(圖1)表明，碭山酥梨與豐水梨正、反交后代果實(shí)單果質(zhì)量呈現(xiàn)連續(xù)性變異，為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。由表1可知，正、反交后代的單果質(zhì)量平均值都小于親中值，且反交后代小于低親。在所研究的后代個體中，正交后代低于低親的株數(shù)達(dá)59.76%，反交后代達(dá)77.73%，表明對豐水梨來說，作母本更容易將其小果型傳遞給后代；超高親率前者為13.29%，后者為2.58%，說明碭山酥梨作母本時更易于將大果型傳遞給后代。正、反交群體的變異系數(shù)分別為34.53%、35.08%，極值相差較大，說明后代廣泛分離，這是由有性雜交過程中雙親的非加性效應(yīng)解體所致，進(jìn)而導(dǎo)致雜交后代呈現(xiàn)回歸變異。

表1 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代單果質(zhì)量的遺傳變異

2.2 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)縱徑、橫徑的遺傳變異

研究結(jié)果(圖2、圖3)表明，碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)的縱徑和橫徑均呈現(xiàn)連續(xù)性變異，為數(shù)量性狀遺傳，呈退化負(fù)向趨勢。由表2、表3可知，正、反交后代果實(shí)的縱徑、橫徑平均值都小于親中值。正、反交后代中縱徑低于低親的個體分別有58.91%、70.07%，正交后代橫徑低于低親的個體比反交后代少，說明以豐水梨為母本時，縱徑和橫徑較小的性狀更易傳遞給后代。正交群體中出現(xiàn)的超高親個體多于反交群體，表明以碭山酥梨作母本時，后代更易出現(xiàn)大果型。由此可見，果實(shí)縱、橫徑的遺傳特征與單果質(zhì)量十分類似，而單果質(zhì)量與縱徑、橫徑共同決定了梨果實(shí)的大小。

2.3 碭山酥梨和豐水梨正、反交群體后代果形指數(shù)遺傳變異

從圖4、表4可以看出，碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果形指數(shù)連續(xù)變異，呈正態(tài)分布，其中正交后代果形指數(shù)的平均值小于親中值，反交后代的果形指數(shù)大于親中值，甚至大于高親值，且遺傳傳遞力比較強(qiáng)。正、反交后代的超高親率分別為 38.60%、54.82%，低于低親率分別為48.45%、28.93%，表明在果形指數(shù)的遺傳上受父本的影響較大。在育種中，根據(jù)不同的育種目標(biāo)，要特別注意父本的合理選擇。后代果形指數(shù)向兩極變異，介于兩親之間的個體較少。

表2 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)縱徑的遺傳變異

表3 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)橫徑的遺傳變異

表4 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果形指數(shù)的遺傳變異

2.4 碭山酥梨和豐水梨正、反交群體后代果實(shí)可溶性固形物含量的遺傳變異

從圖5、表5可以看出，碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)的可溶性固形物含量呈現(xiàn)數(shù)量性狀遺傳并表現(xiàn)為超親遺傳，其平均值均大于親中值，且均大于高親值，其遺傳傳遞力分別為125.00%、120.18%，說明果實(shí)可溶性固形物含量的遺傳主要由基因間的加性效應(yīng)控制，非加性效應(yīng)的影響較小，有增高趨勢。正、反交后代的超高親率分別為87.30%、88.13%，具有明顯的雜種優(yōu)勢，正、反交后代中分別出現(xiàn)含量為17.80%、18.44% 的高親株，組合中親本的位置關(guān)系對后代果實(shí)可溶性固形物含量并無較大影響。正交后代的變異系數(shù)為 12.95%，極值差為7.8%；反交后代的變異系數(shù)是13.49%，極值差是8.99%，后代分離程度相當(dāng)。

表5 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)可溶性固形物含量的遺傳變異

2.5 碭山酥梨和豐水梨正、反交群體后代果實(shí)石細(xì)胞含量遺傳變異

由圖6可知，碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)的石細(xì)胞含量呈連續(xù)變異。由表6可知，正、反交后代的果實(shí)石細(xì)胞含量介于雙親之間，呈明顯的趨中分布。其中，反交后代石細(xì)胞含量高于正交后代。正交群體在連續(xù)2年調(diào)查中沒有出現(xiàn)超高親的后代，其后代石細(xì)胞含量有所下降，而反交群體則出現(xiàn)了 17.49% 的超高親個體。豐水梨中石細(xì)胞含量較低，以其作父本的后代果實(shí)石細(xì)胞含量比作母本時低，說明石細(xì)胞含量的遺傳比較復(fù)雜，在育種過程中，若選擇低石細(xì)胞含量的株系作為母本，則須要注意選擇石細(xì)胞含量低的父本。群體變異系數(shù)高，后代廣泛分離，說明本雜交組合具有選育低石細(xì)胞含量后代的潛力。

表6 碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)石細(xì)胞含量的遺傳變異

3 討論與結(jié)論

梨在種間或品種間進(jìn)行有性雜交時，由于親本的非加性效應(yīng)解體，后代出現(xiàn)分離，劣變率往往很高，但也會出現(xiàn)超高親的植株，仍可為選擇理想的品種提供有利條件，這已成為育種工作者關(guān)注的重點(diǎn)。本研究中，碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果實(shí)的單果質(zhì)量呈現(xiàn)廣泛的連續(xù)性偏小分布，平均單果質(zhì)量均小于親中值，這與前人的研究結(jié)果[9，14-15]相一致。正、反交后代均出現(xiàn)超高親植株，說明即使后代廣泛分離，但由于雜種優(yōu)勢的作用，仍使獲得大果型品種成為可能。雜種后代的縱徑、橫徑與雙親相比也出現(xiàn)趨小變異現(xiàn)象，與單果質(zhì)量的遺傳規(guī)律相似。

碭山酥梨和豐水梨正、反交后代果形指數(shù)的遺傳傳遞力較強(qiáng)，果形指數(shù)向兩極分化，介于雙親之間的個體少，正、反交后代的超高親植株分別為38.60%、54.82%，這與崔艷波等的結(jié)論[9]不同。本研究中正、反交后代果形指數(shù)變異系數(shù)較低、極值差較小、分離程度較低，這與郭黃萍等得出果形指數(shù)變異系數(shù)較高、分離廣泛的結(jié)論[3]不同，原因可能與碭山酥梨和豐水梨的果形相似有關(guān)。

碭山酥梨和豐水梨雜交后代可溶性固形物含量表現(xiàn)出超親遺傳，后代果實(shí)的平均含量連續(xù)2年均大于親中值，遺傳傳遞力都超過了100%，具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢。其他雜交組合也有相關(guān)報道，王家珍等以蘋果梨為中心的7個雜交組合為試材，研究表明，雜交后代可溶性固形物平均含量超過親中值[6]；崔艷波等認(rèn)為，鴨梨和京白梨的正、反交后代可溶性固形物含量均呈升高趨勢，雜種優(yōu)勢明顯[9]；賈立邦等發(fā)現(xiàn)，其研究中的所有雜交組合后代可溶性固形物含量均高于雙親，且只有2個組合低于高親[2]。上述研究結(jié)果說明，梨果實(shí)中可溶性固形物含量是受多基因控制的數(shù)量遺傳性狀，遺傳效應(yīng)中加性效應(yīng)所占比例較大。而李先明等的研究結(jié)果[7]與以上研究稍有不同，可能是由于試材和研究方法不同所致，同時自然氣候條件及栽培技術(shù)措施的影響也不容忽視。

石細(xì)胞的含量直接影響梨品質(zhì)的優(yōu)劣，育種工作者傾向于選擇石細(xì)胞少的品種[16]。李俊才等報道認(rèn)為，梨果實(shí)石細(xì)胞含量為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀，后代果實(shí)石細(xì)胞含量有明顯增多的趨勢[8]；楊宗駿通過調(diào)查36個梨雜交組合得出后代石細(xì)胞含量偏多的結(jié)論[17]。本試驗(yàn)中，2個雜交群體連續(xù)2年的石細(xì)胞含量大多介于兩親本之間，豐水梨作父本時后代果實(shí)的石細(xì)胞含量較作母本時低。正、反交群體的變異系數(shù)分別為39.82%、42.37%，變異系數(shù)較大，后代石細(xì)胞含量廣泛分離。本研究的結(jié)果與之前的報道存在一些差異，可能是由于所選擇的親本石細(xì)胞含量差別較大，兩者都對后代的石細(xì)胞含量產(chǎn)生影響，因此大多表現(xiàn)為趨中遺傳。

正、反交群體是研究雜交后代是否有母本或者父本效應(yīng)的良好材料。母本效應(yīng)在甜菜[18]、枇杷[19]、大豆[20]等多種植物中都有研究報道。Liu等以碭山酥梨和豐水梨的正、反交群體為材料，研究發(fā)現(xiàn)，母本對后代果實(shí)中的有機(jī)酸含量有顯著影響[21]。本試驗(yàn)中，碭山酥梨的單果質(zhì)量高于豐水梨，以碭山酥梨為母本時后代群體的單果質(zhì)量在2年中均明顯高于反交群體，碭山酥梨的大果型對后代產(chǎn)生較大影響，具有母本效應(yīng)。果實(shí)的縱徑、橫徑遺傳特征與單果質(zhì)量十分類似，同樣具有母本效應(yīng)。果形指數(shù)受父本影響較大，碭山酥梨作父本時更易于將其大果形指數(shù)傳遞給后代。豐水梨的果實(shí)石細(xì)胞含量低，以豐水梨為父本時后代果實(shí)石細(xì)胞含量較低，受父本的影響較大。